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焊接鋼結(jié)構(gòu)組合梁設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2014-07-15
鋼結(jié)構(gòu)組合梁的型式多采用焊接工字形截面。對(duì)于這種梁的截面設(shè)計(jì)與型鋼梁設(shè)計(jì)不同,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)型鋼梁只要確定型鋼的型號(hào)即可。對(duì)組合梁則需要確定腹板的高度及厚度、翼緣的寬度及厚度等幾個(gè)尺寸,而謝謝尺寸又是互相聯(lián)系的。總的設(shè)計(jì)原則是既要保證梁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度等要求,又要使鋼材用量經(jīng)濟(jì)合理。因此,需要根據(jù)各方面要求綜合分析計(jì)算。具體方法是先根據(jù)各方面要求逐項(xiàng)選擇截面每一個(gè)尺寸,然后進(jìn)行驗(yàn)算。
一、鋼結(jié)構(gòu)梁截面選擇
㈠、鋼結(jié)構(gòu)梁截面高度確定
確定梁的截面高度應(yīng)根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求(確定最大允許高度hmax)、剛度要求(確定梁最小高度hmin),且使鋼材用量最。ń(jīng)濟(jì)高度he)等條件確定。
㈡、鋼結(jié)構(gòu)腹板高度hw
腹板高度hw的確定與梁高h(yuǎn)尺寸有關(guān)。由于上下翼緣厚度一般較小,所以腹板高度hw可略小于梁高,并按鋼板規(guī)格尺寸取50mm的倍數(shù)。
㈢、鋼結(jié)構(gòu)腹板厚度tw
腹板的主要作用是抗剪,在腹板高度hw確定后可根據(jù)抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算腹板厚度tw。為簡(jiǎn)化計(jì)算,可近似假定最大剪應(yīng)力為腹板平均剪應(yīng)力的1.2倍。
以上確定的腹板高度及厚度兩尺寸,還關(guān)系到腹板本身的局部穩(wěn)定及梁的總用鋼量。為滿足梁的剛度及抗彎等要求,所確定的腹板高度一般都比較大,此時(shí)腹板厚度如取值太。ㄈ绨纯辜粢笥(jì)算的厚度就很小),腹板本身很薄,會(huì)引起局部失去穩(wěn)定,為此,要考慮配置縱橫加勁肋。此外,厚度太小,容易由于銹蝕而降低承載能力,在制造過(guò)程中也易發(fā)生較大變形。而腹板厚度取值過(guò)大,又會(huì)使用鋼量迅速增加。因此應(yīng)全面考慮上述因素。腹板厚度tw應(yīng)符合鋼板現(xiàn)有規(guī)格,最小尺寸6~8mm。
㈣、翼緣尺寸b、t
根據(jù)截面對(duì)x軸的慣性矩公式及截面對(duì)x軸的抵抗矩公式,反解出一個(gè)翼緣的截面面積(近似取h≈h1≈hw),則翼緣面積A1為:
A1=Wx/hw-(tw×hw)/b
當(dāng)已知腹板尺寸hw及tw時(shí),可根據(jù)上式求出需要的翼緣面積A1;A1=b×t,可先選定翼緣板寬度 b,后確定厚度 t。
確定翼緣尺寸b及t值,關(guān)系到以下幾方面:寬度b太小,對(duì)梁的整體穩(wěn)定不利。寬度b太大、厚度t很小,則可能影響翼緣在抗彎強(qiáng)度計(jì)算中考慮塑性發(fā)展以及對(duì)翼緣局部穩(wěn)定的保證。且要求受壓翼緣的自由外伸寬度b1與厚度t之比,b1/t≤13√235/fy;按翼緣的局部穩(wěn)定要求b1/t≤15√235/fy。
一般可取b=(1/3~1/5)h,且取10mm的倍數(shù);厚度t不應(yīng)小于8mm,取2mm的倍數(shù)。
二、鋼結(jié)構(gòu)截面驗(yàn)算
截面尺寸選定后,根據(jù)相關(guān)要求計(jì)算梁的實(shí)際荷載(包括梁自重)、內(nèi)力,并計(jì)算截面面積、截面慣性矩、截面抵抗矩等各種幾何特性,然后進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度驗(yàn)算。
三、翼緣焊縫計(jì)算
組合成工字形截面的翼緣與腹板,應(yīng)用角焊縫焊接,以抵抗翼緣與腹板之間的剪力,保證截面能夠整體工作,防止相互錯(cuò)動(dòng)。
四、截面沿梁長(zhǎng)度方向改變
組合梁的截面設(shè)計(jì),按簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下的彎矩計(jì)算時(shí),彎矩圖曲線為拋物線,取跨中最大彎矩為計(jì)算依據(jù),所設(shè)計(jì)截面尺寸在彎矩較小處,材料強(qiáng)度未充分利用。簡(jiǎn)支梁兩端支座處剪力最大,但等截面兩端材料抗剪能力也未充分發(fā)揮。為節(jié)約鋼材,可使梁的截面沿梁長(zhǎng)度方向改變,達(dá)到經(jīng)濟(jì)效果。具體方法:
㈠、改變翼緣的寬度,在梁跨中部分寬度b較大,在兩端離支座各1/6跨度處減小至寬度b'。寬度b'按截面改變處的彎矩M'計(jì)算確定。寬度從b減少至b',應(yīng)做成不大于1:4的坡度,以減少應(yīng)力集中。采用對(duì)接焊縫,上翼緣受壓可用直縫,下翼緣受拉可直縫或斜縫。這種改變寬度的方法較改變厚度方法好,可避免應(yīng)力集中,且使外表面在一個(gè)平面內(nèi)。經(jīng)過(guò)一次變截面節(jié)約鋼材約10%~20%。
㈡、采用多層翼緣板改變截面,即沿梁跨度方向改變翼緣板層數(shù),使梁的截面大小改變。梁的翼緣有兩層,切斷外層翼緣板,從而減小截面。外層板實(shí)際切斷點(diǎn)的位置應(yīng)由理論切斷點(diǎn)處延伸長(zhǎng)度La,以保證外層板在理論切斷點(diǎn)處部分能參加工作。
㈢、改變梁的高度,在靠近梁兩端(1/5~1/6)L處,將下翼緣做成折線形,翼緣的截面不變,腹板的高度逐漸減小。梁端部高度應(yīng)滿足抗剪要求,且不應(yīng)小于抗剪要求的一半。這種方法可以降低建筑物的高度,但梁的構(gòu)造較為復(fù)雜。

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